Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

Карпенко Г.А.

Существенный резерв улучшения теплового баланса и снижения расхода чугуна при выплавки стали в конверторе с верхней продувкой – увеличение количества диоксида углерода (СО2) в продуктах окисления. Повышение содержания (СО2) в отходящих газах на 1% позволяет снизить расход чугуна на 3,5 кг/т, а следовательно увеличить расход лома на процесс и повысить производительность агрегата.

Одной из особенностей процесса горения окиси углерода (СО) в потоке кислорода (О2) является влияние паров воды (Н2О) и ряда других соединений водорода (Н2, ОН, и др.) на его скорость. Например, Н.Н. Бекетов, Г. Диксон и другие авторы обратили внимание на плохую воспламеняемость смеси СО+О2 в отсутствии влаги. Тщательное изучение (А.Р. Уббелоде, В. Бон и другие) этого вопроса привело к выводу о полной негорючести абсолютно сухой смеси СО+О2 не содержащей водородных соединений.

Согласно Я.Б. Зельдовичу и Н.Н. Семенову скорость распространения пламени пропорционально корню квадратному из концентрации паров воды: 

.

Перечисленные факторы позволяют считать, что вода и другие соединения водорода являются веществами, необходимыми не только для воспламенения СО, но и для дальнейшего развития процесса горения.

Исследования свидетельствует о возможности эффективного дожигания СО в атмосфере конвертора струями О2, что подтверждает наличие водородных соединений в отходящих из зоны продувки газов.

Присутствие водяных паров (Н2О) в смесях СО+О2 ведет к образованию активных частиц, т.е. атомов и радикалов Н, О и ОН, обнаруженных при горении водорода.

Исследованиями О.А. Есина и П.В. Гельда установлено, что соотношение констант скоростей реакции О с О2 и СО составляет 40:1, свидетельствует о высоких скоростях протекания реакции:

О+О2+М=О3+М и О+СО+М=СО2+М,

где М – любая молекула, отводящая избыточную энергию при тройном соударении.

Так как гидроксил (ОН) является одним из промежуточных продуктов процесса горения, то присутствие частиц ОН вызывает активную реакцию в цепи: ОН+СО=СО2+Н.

Поскольку все элементарные превращения при горении СО непосредственно связаны с присутствием в газе водорода или его соединений, становятся понятными не воспламеняемость сухой смеси СО+О2 и тормозящее действие некоторых примесей практически необратимо связывающих Н2.

Процесс горения СО при высоких температурах (более 1000 К) можно представить в виде следующей простейшей схемы неразветвленной цепи:

Из приведенной схемы следует, что скорость горения CO прямо пропорциональна концентрации СО и Н2О. Очевидным является то, что цепной механизм процесса горения СО в струях кислорода, подаваемых над зоной продувки и навстречу потоку отходящих газов в конверторе, при температурах 1500÷2500К и при стехиометрических соотношениях компонентов горения, не является лимитирующим.

Таким образом, термодинамические и теплофизические условия в атмосфере конвертора являются достаточными для обеспечения высокой эффективности дожигания СО в потоке кислорода, что способствует получению дополнительного тепла для нагрева металла и шлака в ванне агрегата.

Работа выполнена под руководством проф., д.т.н. Меркера Э.Э.